矽光子技術應用於5G光載毫米波天線

計畫編號：MOST108-2218-E007-040

執行機構：國立清華大學光電工程研究所

總計畫主持人：李明昌

文字資料來源：矽光子積體電路專案計畫網站

計畫主要成果

第五代行動通訊(5G)是當前重要的研究發展項目，然而除了無線領域的技術發展，5G行動網路也亟需穩定可靠且具備高傳輸率的骨幹網路，光纖網路當然是第一選擇。為了滿足第五代行動通訊對於高速資料傳輸的需求，以光纖通訊為基礎的光載毫米波(mmW-over-Fiber)集中式無線電接取網路(C-RAN)是未來發展的趨勢。然而，由於毫米波在空氣中傳播容易衰減且易受到障礙物阻擋，未來微型服務區(small cell)的佈置數量與密度都將大幅增長，逐漸朝向巨量微型服務區(massive small cell)的發展模式。從技術角度來看，光戴毫米波天線本身需要有複雜的射頻電路及高速的類比光電傳換介面。因此，第五代行動通訊的微型服務區架構，其中最為關鍵的光電整合模組，亟需有效提高性價比的解決方案，也是本研究計畫的核心之一。

在此研究中，計畫團隊開發矽光子光載毫米波天線模組，利用CMOS製程技術製作矽光子光積電路、毫米波矽鍺光電元件於矽光子載台，該載台可進一步整合毫米波電子電路、毫米波塑形天線矩陣（128 elements）、雷射光源及單模光纖，有能力進行較為複雜的光訊號處理及電訊號處理，並將整個模組體積大幅縮小，有利於室內大範圍的天線佈置。

計畫成果的後續發展

整體來說，過去的矽光子研究主要集中在資料中心的光收發器元件，但應用在光載毫米波的研究才剛開始起步，雖然目前矽光子光收發器在傳輸速度上已可達50 Gbps，但在毫米波的應用則有不同的需求指標，因此具有相當大的學術研究價值及空間。在產業應用方面；隨著人工智慧、機器人、物聯網的發展，終端使用者的資料傳輸將會面臨瓶頸，未來第五代行動通訊中引入毫米波傳輸已成為趨勢。本計畫所開發的矽光子光載毫米波天線模組具有體積小並有機會同質整合於單一晶片、低功耗、價格低及具量產的優勢，未來應用範圍廣。